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2025年纸浆泵行业趋势分析：长纤维悬浮液推动纸浆泵节能降耗发展

在当今的制浆、造纸流程以及废水处理过程中，纸浆泵作为关键设备，其重要性不言而喻。随着纸张消费量的持续上升，纸浆泵的能耗问题愈发凸显，约占工艺流程总能耗的15%。同时，其稳定运行对于造纸终端产品质量起着打算性作用。因此，深化探究纸浆泵内部流淌特性，不仅有助于了解长纤维悬浮液的运动规律，更是推动纸浆泵节能降耗的关键所在，这对于整个纸浆泵行业在2025年及将来的进展具有极为重要的意义。

一、纸浆泵内部流淌模拟分析

(一)纸浆泵基本参数与模型搭建

《2025-2030年全球及中国纸浆泵行业市场现状调研及进展前景分析报告》指出，本讨论聚焦于一台具有特定参数的扭曲叶片开式叶轮纸浆泵。其叶轮叶片数为3，叶轮进口直径D1=70mm，出口直径D2=184mm，叶轮出口宽度b2=17.4mm，叶片出口角β2=43°，蜗壳基圆直径D3=191mm，蜗壳出口直径D4=70mm。在模拟过程中，为简化讨论，忽视了间隙的影响。通过EDEM软件，构建了接近头发纤维形态的颗粒模型，以模拟纸浆纤维。采纳多个圆球颗粒相连成链状结构，单根头发纤维长度设为6mm，质量为4.60×10?7kg。

(二)掌握方程与参数设置

在流体模拟计算中，运用了一系列掌握方程。流体相在肯定坐标系内，其掌握方程包括连续性方程和动量方程。而颗粒相则基于欧拉-拉格朗日法，通过EDEM软件追踪其受力与运动状况，颗粒体积分数均小于10%。在耦合模拟前，对EDEM软件和FLUENT软件进行了具体参数设置。在FLUENT中，采纳欧拉-拉格朗日法对泵内固液两相流进行数值模拟，考虑流体与颗粒间相互作用，采纳双向耦合的瞬态模拟。在离心泵入口处定义进口速度为2.03m/s以模拟额定工况，设置入口处湍流强度和湍流黏性比，并将出口设为压力出口，静压值为一个标准大气压。在叶轮入口前和蜗壳出口之后各延长一段长度为3倍管径的直管，以确保颗粒与流体充分混合运动。流体计算模型选择RNGk-ε湍流模型，采纳SIMPLEC算法耦合泵内流场的速度和压力，离散化求解采纳二阶迎风格式。在EDEM软件中，颗粒间接触选用Hertz-Mindlin(无滑移)连接模型，设置泵表面及颗粒的相关参数，如密度、泊松比、剪切模量等。同时，设置叶轮转速与FLUENT全都，在直管入口处设置颗粒工厂，定义不同的颗粒入射数量以表示不同的颗粒质量浓度，如每秒入射20239、30344及40478个颗粒分别表示颗粒质量浓度为0.1%、0.15%和0.2%。通过建立耦合接口传递颗粒与流体的计算数据，设置FLUENT和EDEM的时间步长等参数，确保模拟的精确?????性。

(三)网格无关性验证

为确保模拟结果的精确?????性，采纳ICEM划分工具创建计算网格，并选用四周体非结构网格对计算区域进行网格划分。通过3组不同网格数方案进行计算，验证网格数对计算结果的影响。在综合考虑计算精度和计算资源的状况下，最终选用网格B进行后续数值计算。

二、纸浆泵内流场的PIV试验讨论

(一)试验模型与装置搭建

为验证仿真模型并深化分析流场，开展了PIV试验讨论。试验采纳的是一台典型的开式叶轮离心式纸浆泵，其主要部件包括叶轮、蜗壳、耐磨挡板、轴和密封系统等。考虑到PIV拍摄需求，采纳半螺旋吸水室结构，电机轴穿过吸水室与叶轮直连，蜗壳与半螺旋吸入室通过4个夹具固定。由于有机玻璃具有良好的透光性和较低的粗糙度，模型泵的蜗壳和叶轮均由有机玻璃制造，前挡板采纳不锈钢制造并涂黑处理，以减小对PIV激光的反射。同时，搭建了开式试验台，主要由模型泵、进出口阀门、罐体和管道等组成。试验台的测试精度通过泵效率测量的不确定度来评估，经计算，该试验台精度能够满意GB/T3216-2022标准规定的2级精度要求。PIV试验装置由PIV测试系统及外触发同步掌握系统两部分构成，采纳美国TSI公司的粒子图像测速系统，包括YAG200-NWL型脉冲激光器、光臂及其片光源透镜系统、同步器、CCD相机等，并使用Insight3G和Tecplot软件对试验图像进行采集处理。

(二)试验介质与方案确定

试验采纳具有较好跟随性和散射型的二氧化硅空心玻璃球作为示踪粒子，其直径为20μm，材质密度为1.05g/cm3。通过人工筛选，将头发纤维长度严格掌握在2-8mm，讨论质量浓度分别为0.1%、0.15%、0.2%及0.3%的头发纤维悬浮液。试验时，将离心泵转速稳定在1450r/min，先对试验台